CN112404727A - 一种方管组装焊接方法及焊接保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工件组装焊接技术领域,具体涉及一种方管组装焊接方法,所采用的技术方案是包括以下步骤:在两相邻方管相邻的棱边之间放置连接块;采用激光焊焊接方管与连接块;所述激光焊的激光头同心套接有筒体,所述筒体下端同心设有喷嘴,所述筒体上端设有保护气进口。本发明通过连接块连接两相邻的方管,能够减小方管组装焊接过程中的变形;通过激光焊焊接并通过焊接保护装置进行保护,能够避免激光长焦距焊接时产生的等离子体对激光光束的折射,以对狭窄空间下方管与连接块的精密激光焊接,克服激光长焦距焊接时精度低的问题。因此,本发明能够实现狭窄空间下方管与连接块的精密激光焊接,且不存在焊缝塌陷及咬边的问题。
Description
技术领域
本发明涉及工件组装焊接技术领域,具体涉及一种方管组装焊接方法及焊接保护装置。
背景技术
由方管组装焊接而成的储物架具有容量大、空间利用率高、结构强度好等特点,可用于工业产品的储存及贮运。由于方管密集程度较高,由方管组装结构所限,施焊位置窄小,且焊接量较大,采用传统焊接方法,如钨极氩弧焊(TIG)、熔化极惰性气体保护焊(MIG)进行组装焊接时,存在焊枪可达性差、熔深小、焊接变形严重等问题。
现有的激光焊接具有熔深大、热输入小、作用位置精确、可实现长距离空间传输等特点,可应用于方管的组装焊接。然而,由于激光光斑尺寸较小,对组装间隙敏感,组装间隙不均匀会造成焊缝塌陷及咬边等问题。常规条件下,咬边及焊缝塌陷可通过填充焊丝来解决,而方管储物架施焊空间窄小,送丝难度较大。
发明内容
针对上述采用激光焊接方管时,填充焊丝送丝难度大的技术问题;本发明提供了一种方管组装焊接方法及焊接保护装置,能够实现狭窄空间下方管与连接块的精密激光焊接,以获得成形良好、力学性能优良的焊缝,不存在焊缝塌陷及咬边的问题。
一种方管组装焊接方法,包括以下步骤:
在两相邻方管相邻的棱边之间放置连接块;
采用激光焊焊接方管与连接块;
所述激光焊的激光头同心套接有筒体,所述筒体下端同心设有喷嘴,所述筒体上端设有保护气进口,以使保护气从喷嘴喷出。
本发明通过连接块连接两相邻的方管,能够减小方管组装焊接过程中的变形;本发明通过激光焊焊接,以充分利用激光热源传输距离远的特点以突破狭小焊接空间的限制;而同轴气体保护装置可有效对焊接区域进行保护:保护气从进气口进入筒体,沿着筒体长度方向流动,并经喷嘴吹出,实现对光致等离子体“羽辉”现象的抑制和对焊接熔池以及焊缝的保护,能够避免激光长焦距焊接时产生的等离子体对激光光束的折射,以对狭窄空间下方管与连接块的精密激光焊接,克服激光长焦距焊接时精度低的问题。因此,本发明能够实现狭窄空间下方管与连接块的精密激光焊接,以获得成形良好、力学性能优良的焊缝,不存在焊缝塌陷及咬边的问题。
优选的,所述连接块两侧均设有弧形凹槽,所述弧形凹槽用于容纳方管的一棱边。而由于方管在制造时经圆管轧制或板材弯折而成,故方管的棱边具有一定的弧度,以保证方管与连接块装配能紧密贴合,继而获得成形良好的焊缝。
具体而言,所述激光焊的聚焦镜片的焦距为350~500mm。当激光头在三个方管围成的空间中作业时,若激光焦距过小,当光斑聚焦于待焊位置时,必然造成激光头与方管间存在干涉,无法实现焊接。在实施例中,聚焦光斑直径为0.4mm。连接块与水平面成45°倾斜,激光束入射方向与水平方向呈45℃~55℃。
优选的,所述激光焊的出光曲线(P-t曲线)包括上升段、水平段和下降段,所述上升段的斜率大于下降段的斜率。可有效避免激光焊接时出现的起弧坑、收弧坑,且可有效控制焊接变形,能够适用于大幅面薄壁件的组装焊接。
优选的,所述激光焊起弧端和收弧端均停顿100~500ms。激光焊接时,由于起弧端初始温度较低,材料对激光束的吸收率较低,导致起弧端容易形成未焊透缺陷;而收弧端由于激光能量陡降,液态金属不能及时向熔池中心回流,造成焊缝中心往往存在凹陷严重的收弧坑。而未焊透及收弧坑的存在降低了储物架的结构强度,使得储物架在使用过程中存在安全隐患。因此本发明在起弧端和收弧端均停顿一定时间,能够保证储物格架的结构强度,继而确保储物格架的使用安全性。
优选的,采用激光焊焊接时光束向连接块中心偏移0.2~0.5mm。由于方管壁薄,将激光焊的光束向连接块中心偏移,能够避免光束烧穿管壁。
优选的,所述方管与连接块的焊接方式为打底焊后再离焦修饰焊,以通过激光打底焊获得较大熔深,通过离焦修饰焊改善焊缝表面成形。
具体而言,所述打底焊的工艺参数:激光功率为2400~3000W,离焦量为0mm,光斑偏移量为0.2~0.5mm,焊接速度为800~1400mm/min;所述离焦修饰焊的参数:激光功率为2400~3000W,离焦量为+10~15mm,光斑偏移量为0.2~0.5mm,焊接速度为800~1400mm/min。
本发明还提供了一种方管组装焊接保护装置,以用于实现上述的焊接方法,包括筒体,所述筒体上端用于同心连接激光焊接器的激光头,所述筒体下端同心设有喷嘴;所述筒体上端还设有保护气进口,以使保护气从喷嘴喷出。
进一步的,所述喷嘴通过调节螺母与筒体连接,以通过调节螺母调节喷嘴在筒体长度方向的位置。
本发明具有如下的优点和有益效果:
1、本发明能够在狭窄且深度较大的施焊空间内实现精密激光焊接;
2、本发明能够有效改善传统激光自熔焊时存在的起弧端未焊透、收弧端弧坑凹陷严重的问题;
3、本发明能够在无填充焊丝的条件下获得成形良好的焊缝,有效地减小了激光自熔焊时易出现的咬边及焊缝下陷的缺陷;
4、本发明的焊接保护装置,结构紧凑、长度可调,能够适应长焦距激光焊接焊缝保护;同时,针对深槽或U型工件等窄间隙焊接工况具有良好的适应性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。
在附图中:
图1为方管组装焊接时的结构示意图;
图2为方管与连接块焊缝的截面示意图;
图3为方管组装焊接保护装置的结构示意图;
图4为采用本发明所焊接的焊缝金相图。
附图中各零部件名称:
1-方管,2-连接块,3-激光头,4-连接组件,5-进气口,6-筒体,7-调整螺母,8-喷嘴,9-打底焊焊道,10-离焦修饰焊焊道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种方管组装焊接方法,包括以下步骤:
在两相邻方管1相邻的棱边之间放置连接块2;
采用激光焊焊接方管1与连接块2;
所述激光焊的激光头3同心套接有筒体6,所述筒体6下端同心设有喷嘴8,所述筒体6上端设有保护气进口,以使保护气从喷嘴8喷出。
本实施例通过连接块2连接两相邻的方管1,能够减小方管组装焊接过程中的变形;通过激光焊焊接,以充分利用激光热源传输距离远的特点以突破狭小焊接空间的限制;而同轴气体保护装置可有效对焊接区域进行保护:保护气从进气口5进入筒体6,沿着筒体6长度方向流动,并经喷嘴8吹出,实现对光致等离子体“羽辉”现象的抑制和对焊接熔池以及焊缝的保护,能够避免激光长焦距焊接时产生的等离子体对激光光束的折射,以对狭窄空间下方管1与连接块2的精密激光焊接,克服激光长焦距焊接时精度低的问题。因此,本发明能够实现狭窄空间下方管1与连接块2的精密激光焊接,以获得成形良好、力学性能优良的焊缝,不存在焊缝塌陷及咬边的问题。
优选的,所述连接块2两侧均设有弧形凹槽,所述弧形凹槽用于容纳方管1的一棱边。而由于方管1在制造时经圆管轧制或板材弯折而成,故方管1的棱边具有一定的弧度,以保证方管1与连接块2装配能紧密贴合,继而获得成形良好的焊缝。以乏燃料储存格架的方管1组装为例,方管1壁厚为3~5mm,截面为带有圆角的矩形,矩形边长为250mm~300mm,圆角半径为3~5mm。连接块2公称厚度为3mm,其与方管1贴合的端面加工成弧面。
具体而言,所述激光焊的聚焦镜片的焦距为350~500mm。当激光头3在三个方管1围成的空间中作业时,若激光焦距过小,当光斑聚焦于待焊位置时,必然造成激光头3与方管1间存在干涉,无法实现焊接。在实施例中,聚焦光斑直径为0.4mm。连接块2与水平面成45°倾斜,激光束入射方向与水平方向呈45℃~55℃。
优选的,所述激光焊的出光曲线(P-t曲线)包括上升段、水平段和下降段,所述上升段的斜率大于下降段的斜率。可有效避免激光焊接时出现的起弧坑、收弧坑,且可有效控制焊接变形,能够适用于大幅面薄壁件的组装焊接。
优选的,所述激光焊起弧端和收弧端均停顿100~500ms。激光焊接时,由于起弧端初始温度较低,材料对激光束的吸收率较低,导致起弧端容易形成未焊透缺陷;而收弧端由于激光能量陡降,液态金属不能及时向熔池中心回流,造成焊缝中心往往存在凹陷严重的收弧坑。而未焊透及收弧坑的存在降低了储物架的结构强度,使得储物架在使用过程中存在安全隐患。因此本发明在起弧端和收弧端均停顿一定时间,能够保证储物格架的结构强度,继而确保储物格架的使用安全性。
优选的,采用激光焊焊接时光束向连接块2中心偏移0.2~0.5mm。由于方管1壁薄,将激光焊的光束向连接块2中心偏移,能够避免光束烧穿管壁。
优选的,所述方管1与连接块2的焊接方式为打底焊后再离焦修饰焊,以通过激光打底焊获得较大熔深,通过离焦修饰焊改善焊缝表面成形。
具体而言,所述打底焊的工艺参数:激光功率为2400~3000W,离焦量为0mm,光斑偏移量为0.2~0.5mm,焊接速度为800~1400mm/min;所述离焦修饰焊的参数:激光功率为2400~3000W,离焦量为+10~15mm,光斑偏移量为0.2~0.5mm,焊接速度为800~1400mm/min。
以焊接方管壁厚为3~5mm、截面为带有圆角的矩形、矩形边长为250mm~300mm、圆角半径为3~5mm、连接块公称厚度为3mm的格架为例进行说明,包括以下步骤:
(1)采用机械清理及化学清理的方式对待焊表面进行清理。
(2)采用工装对方管1及连接块2进行装配,所述连接块2端面加工成曲面以实现与方管的紧密贴合。
(3)完成焊前装配后,调整激光轴线与水平面的夹角a为45°,调整光斑偏移量b为0.5mm。
(4)调节焊接保护装置的调整螺母7,使得喷嘴8与待焊表面之间的距离为20mm;同时两个保护气进口5均通入高纯氩气,气体流量均为20L/min。
(5)设置激光器激光出光曲线(P-t曲线)为陡升-持平-缓降的特性。
(6)方管1与连接块2间的焊缝首先进行激光深熔打底焊,进而形成打底焊焊道9;完成激光深熔打底焊后,待焊缝冷却至室温,进行离焦修饰焊,以获得离焦修饰焊焊道10。具体焊接参数如下:
打底焊:激光功率为2700W,离焦量为0mm,焊接速度为900mm/min。
离焦修饰焊:激光功率为2400W,离焦量为+10mm,焊接速度为1200mm/min。
焊接后,形成的焊缝金相形貌如图4所示。第一道打底焊焊道9,焊缝截面修长,深宽比大;而第二道离焦修饰焊焊道10,焊缝截面近似呈“碗状”或“指状”,焊缝熔宽较宽,且与两侧母材平滑过渡。
同时对焊缝进行微观组织分析及力学性能测试,结果表明,微观组织无裂纹、夹杂未熔合,无超标气孔等缺陷,典型焊接接头室温拉伸断裂强度均超过600MPa,50℃高温拉伸断裂强度约为570MPa,屈服强度约为290MPa。
实施例2
一种方管组装焊接保护装置,以用于实现实施例1所述的焊接方法,包括筒体6,所述筒体6上端用于同心连接激光焊接器的激光头3,所述筒体6下端同心设有喷嘴8;所述筒体6上端还设有保护气进口5,以使保护气从喷嘴8喷出。
进一步的,所述喷嘴8通过调节螺母7与筒体6连接,以通过调节螺母7调节喷嘴8在筒体6长度方向的位置。
具体来说,所述筒体6整体呈细长圆筒状,筒体6上端设有连接组件4以与激光头3固定连接。所述连接组件4中部加工有通孔,并保证激光束沿孔中心入射;上部采用螺栓与激光头3连接固定,下部采用螺纹与筒体6连接。筒体6顶端内表面加工螺纹与连接组件4下部外螺纹配合,用于连接固定和定位筒体6,以保证激光束沿着筒体6中心轴线入射;筒体6上部圆周上均布有2个保护气进口5,通过快插接头连接外部进气管,以将保护气引入筒体6,从而使保护气沿着筒体6朝下进入喷嘴8。
而所述喷嘴8呈圆锥状,用于拘束气体;筒体6与喷嘴8之间采用螺纹配合,并在两者之间设计有调整螺母7,以使得喷嘴8的高度可调。考虑喷嘴8下端离焊缝较近,工作时温度较高,采用铜材制造。而基于装置轻量化考虑,方管组装焊接保护装置除喷嘴8采用铜材外,其余部分均采用铝材制造
工作时,保护气通过筒体6上部的2个保护气进口5进入筒体6,沿着筒体6内的细长腔体流动,并经喷嘴8吹出,实现对光致等离子体“羽辉”现象的抑制和对焊接熔池以及焊缝的保护。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种方管组装焊接方法,其特征在于,包括以下步骤:
在两相邻方管(1)相邻的棱边之间放置连接块(2);
采用激光焊焊接方管(1)与连接块(2);
所述激光焊的激光头(3)同心套接有筒体(6),所述筒体(6)下端同心设有喷嘴(8),所述筒体(6)上端设有保护气进口(5),以使保护气从喷嘴(8)喷出。
2.根据权利要求1所述的方管组装焊接方法,其特征在于,所述连接块(2)两侧均设有弧形凹槽,所述弧形凹槽用于容纳方管(1)的一棱边。
3.根据权利要求1所述的方管组装焊接方法,其特征在于,所述激光焊的聚焦镜片的焦距为350~500mm。
4.根据权利要求1所述的方管组装焊接方法,其特征在于,所述激光焊的出光曲线包括上升段、水平段和下降段,所述上升段的斜率大于下降段的斜率。
5.根据权利要求1所述的方管组装焊接方法,其特征在于,所述激光焊起弧端和收弧端均停顿100~500ms。
6.根据权利要求1所述的方管组装焊接方法,其特征在于,采用激光焊焊接时光束向连接块(2)中心偏移0.2~0.5mm。
7.根据权利要求1所述的方管组装焊接方法,其特征在于,所述方管(1)与连接块(2)的焊接方式为打底焊后再离焦修饰焊。
8.根据权利要求7所述的方管组装焊接方法,其特征在于,所述打底焊的工艺参数:激光功率为2400~3000W,离焦量为0mm,光斑偏移量为0.2~0.5mm,焊接速度为800~1400mm/min;
所述离焦修饰焊的参数:激光功率为2400~3000W,离焦量为+10~15mm,光斑偏移量为0.2~0.5mm,焊接速度为800~1400mm/min。
9.一种方管组装焊接保护装置,其特征在于,包括筒体,所述筒体上端用于同心连接激光焊接器的激光头(3),所述筒体(6)下端同心设有喷嘴(8);
所述筒体(6)上端还设有保护气进口,所述筒体内设有保护气通道,以使保护气从喷嘴喷出。
10.根据权利要求9所述的方管组装焊接保护装置,其特征在于,所述喷嘴通过调节螺母与筒体连接,以通过调节螺母调节喷嘴在筒体长度方向的位置。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210226 |
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